早在1676，萊文？胡克率先對自然界微小生物進行了觀察，並寫出了人類歷史上第壹部微生物專著——萊文？胡克發現了自然的秘密。然而，無論是何本人還是當時的西方學術界，都將其視為大自然的壹大奇觀，甚至是上帝創造生命的壹種證據——這些微小的生物似乎是大自然自發產生的。直到巴斯德關註到發酵現象，這些神奇的小生物才逐漸從壹個有趣的奇觀變成了人類的朋友或者需要與之對抗的敵人。
令人討厭的酸味
1854年，年輕的巴斯德因為在酒石酸晶體旋光度的研究中表現出超人的聰明才智，被任命為法國裏爾科學學院院長。當時裏爾正在成長為壹個重要的工業城市，釀酒業是當地重要的產業。巴斯德任職期間，裏爾的葡萄酒行業經常受到酒精質量問題的困擾，葡萄酒總是有壹種不恰當的酸味。1856 165438+10月，當地的實業家比戈先生前來尋求巴斯德的幫助，因為據說他的兒子非常崇拜巴斯德。
發酵是釀造的關鍵過程，早已廣為人知並被廣泛使用。我們很多食品的生產過程都與發酵密切相關，比如饅頭、面包、酸奶等等。人類歷史上充滿了關於發酵的神話，幾乎每個時期的時髦理論都被用來解釋過度發酵的現象。比如著名的笛卡爾曾經說過，“發酵是壹種混合的、可動的力量。”不要問我這句話到底是什麽意思。它唯壹能告訴我們的是，當時物理力學非常突出。第壹個真正揭示酒精發酵基本秘密的人是發現氧氣的拉瓦錫。他把代數引入了化學研究，創造了今天大家都很熟悉的化學方程式，也把精確引入了化學，意義重大。拉瓦錫研究了酒精、糖和氧的關系，最後把酒精發酵總結為糖的分解，並給出了壹個漂亮的方程式。但奇怪的是，盡管拉瓦錫不得不在糖中加入酵母使其發酵產生酒精，但在他嚴格的定量化學方程式中，酵母是壹個不必要或不可理解的怪物。他傾向於忽略酵母，並且有充分的理由，因為在發酵的後期，隨著酒精的產生，酵母消失了。
無論如何，酵母是酒精發酵研究中的壹朵烏雲，類似於相對論革命前飄在物理學上空的烏雲。關於修正拉瓦錫的結論，眾說紛紜。例如，當時德國化學家權威尤斯圖斯·馮·李比希認為酵母非常重要，或者說，酵母的消失非常重要。他認為是酵母的分解使得發酵發生，所以他構建了壹個理論，分解的酵母將其分解狀態轉移到糖上，導致糖分解成酒精。還有瑞典化學家雅各布？貝瑟利烏斯把酵母看成是壹種我們今天稱之為“催化劑”的物質，通過接觸引起糖的分解，但他把酵母看成是壹層活性氧化鋁沈澱。這個觀點中隱含的合理猜測部分被後來的研究者發展起來，成為現代酶學的前身。
當時對於發酵的解釋眾說紛紜，但沒有人意識到酵母是壹種活的微生物，它主導著發酵的最終結果。因此，所有這些理論都無法幫助比戈先生擺脫他的葡萄酒中的酸味。
顯微鏡和化學
有趣的是，巴斯德賴以成名的酒石酸就是發酵的產物。他的家鄉是法國著名的葡萄酒產區，所以巴斯德對葡萄酒的釀造過程並不陌生，但也僅止於此。畢竟他從來沒有真正研究和關註過發酵本身。在接受了比戈先生的請求後，巴斯德在糖廠的壹個地下室裏建立了壹個簡陋的實驗室。為了研究神秘酵母與發酵的關系，巴斯德創造性地將顯微鏡引入了他的化學實驗室。這個舉動很奇怪。即使在今天，顯微鏡也不是化學研究中的正統工具。
但也正是這壹舉動，讓巴斯德歷史性地將顯微鏡的觀察結果與化學分析的準確結果結合起來，讓化學與生物學的奇妙合成開始了，並最終創造了今天被稱為生物化學的新領域。在那個黑暗、寒冷、潮濕的地下室裏，經過多年的艱苦觀察和化學分析，巴斯德瞥見了微生物的奧秘，使他開始思考微生物與人類疾病的關系。在接下來的幾十年裏，他再也離不開那些在顯微鏡下展示的精彩而微小的生命。他的研究生涯與他們息息相關，人類的命運在愚昧中被微生物打敗，發生了翻天覆地的變化。實驗當然很辛苦，充滿挫折。回頭看看巴斯德寫的實驗記錄，筆記本上寫著:失敗，失敗，失敗。然而，憑借其出色的觀察和分析能力，巴斯德發現了兩個重要現象。酵母的形狀隨發酵情況而變化，發酵正常時呈圓形，發酵異常時呈桿狀。化學分析表明，棒狀酵母出現越多，酒精中的乳酸含量就越高，而乳酸就是葡萄酒產生不恰當酸味的原因。反復的實驗表明，這種聯系不是巧合，這讓巴斯德懷疑發酵是壹種生命現象，酵母應該是壹種生命，即它決定了最終的發酵產物。
這種觀點在當時太激進了，他心知肚明。如果他倉促發表這篇文章，恐怕只會毀了他的名聲。酒精發酵領域有太多的權威結論，也有太多的爭議。當時巴斯德初出茅廬，他不想沖進漩渦的中心，於是決定以冷門的乳酸發酵為突破口，在這裏他可能遇到的反對意見最少。現在，他首先需要無可辯駁的實驗結果來證明酵母是壹種生命。
酵母的秘密
繁衍是生命的基本特征。如果酵母真的是壹種生物，它必須也應該表現出這種基本特征。但當時的觀測手段非常簡單，工業發酵模型並不是壹個合適的實驗模型。酵母通常在發酵後期消失，這壹點早已為人所知，也誤導了拉瓦錫和尤斯圖斯·馮·李比希。似乎需要為酵母提供更好的環境，但是之前沒有人做過真正的微生物培養。回顧過去的文獻，1843的壹份科學院報告啟發了巴斯德，報告中說乳酸抑制發酵，但可以通過加入弱堿性白堊溶液來避免。
巴斯德的創造力在這裏得到了充分的發揮。他移植了雅各布的灰色層？Betzelius將沈澱稱為“活性氧化鋁”，在簡化的環境中培養它們，加入白堊中和預期的乳酸，加入糖促進發酵，然後最重要的是找到壹種促進酵母繁殖的營養液。這種營養液必須清澈，便於顯微鏡觀察，同時必須含有豐富的營養物質，以刺激酵母的繁殖。經過巧妙的類比推理，巴斯德決定用啤酒，啤酒清澈又有營養，當然使用前必須過濾。條件已經滿足，結果已經產生。巴斯德最終證實，乳酸發酵是由乳酸酵母產生的，其形狀和大小與啤酒發酵或酒精發酵常用的不同。
巴斯德把這些重要的結果收集成壹篇關於乳酸發酵的論文，發表在8月1857。他在論文中提到，他不僅成功地鑒定出了乳酸發酵所需的酵母，還用合適的營養液培養和選擇了它的種子，就像培養植物壹樣。這篇劃時代的論文現在被公認為現代微生物學的誕生標誌。然而，迄今為止的成就並不能真正幫助Bigo先生的困境。站穩腳跟後，巴斯德立即開始向著名而混亂的酒精發酵“宣戰”。他確定了酒精酵母生長的必要成分，並詳細觀察了酒精發酵過程中的各種現象。在這壹點上，巴斯德提出了壹個重要的假設，即發酵所需的所有要素——溫度、糖等。-都是幫助酵母繁殖的因子，發酵的本質應該屬於生物學而不是簡單的化學方程式。巴斯德進壹步指出，當啤酒酵母用於酒精發酵時，不會產生乳酸和乙酸。這些產品的出現是由於乳酸酵母的意外汙染。就這樣，巴斯德找到了比戈先生所要求的問題的答案。擺脫困境的方法很簡單。先用高溫殺死乳酸酵母，再移植啤酒酵母。1860年，巴斯德因在發酵研究方面的突出貢獻，被法國科學院授予實驗生理學獎。從此，巴斯德開始毫不猶豫地將自己的研究稱為“生理化學”，也就是今天生物化學的前身。
妳對發酵了解多少
此後，巴斯德繼續獨自深入，進壹步拓展了他對乳酸和酒精發酵的見解，研究範圍非常廣泛，包括各種令人討厭或無聊甚至危險的腐敗變質現象。他發現醋桿菌是將酒精轉化為醋的關鍵因素，但壹般認為醋缸中的線蟲是制醋的重要因素。為此，巴斯德設計了壹個簡單而令人信服的演示實驗。只需要壹根浸過醋酸菌的繩子，讓酒精慢慢流過，滴入盆中的液體就變成了醋，甚至可以持續好幾天。事實上，由於醋桿菌生長在液體表面，最終會消耗線蟲所需的氧氣，所以醋缸中的線蟲通常會攻擊醋桿菌。事實上，被視為必不可少的線蟲與產醋無關，反而會阻礙產醋。
1861年，巴斯德在研究黃油變質原因的同時，觀察到了丁酸弧菌，這是他在發酵研究中遇到的第壹種可移動的微生物。限於動物和植物的基本所謂常識，巴斯德喜歡把那些不動的酵母看成某種“植物”，所以他非常擔心，可動的丁酸弧菌可能會像動物吃植物壹樣，把他希望找到的黃油酵母當食物吃掉。經過不斷的觀察和耐心的化學分析，他終於發現，丁酸弧菌就是他要找的“黃油酵母”。然而，更重要的是，他發現丁酸弧菌是壹種厭氧微生物，巴斯德非凡的觀察分析能力在這裏得到了充分的體現。他發現，移動的微生物丁酸弧菌在液體邊緣停止移動，這是壹個容易被忽略的細節。經過仔細分析，巴斯德猜測這是氧氣濃度不同的結果。假設實驗是精心設計的，巴斯德發現了第壹個厭氧微生物，知道氧氣在當時對生命的重要性不亞於水。
這個新的認識促使巴斯德回去研究他已經非常熟悉的酵母。他發現有些酵母明顯具有雙重生存能力，即好氧和厭氧生存，大部分時間發酵是酵母厭氧生存的結果。現在妳明白為什麽做酒或泡菜時需要隔絕空氣了吧。厭氧微生物的發現為巴斯德打開了通向自然的新大門。他證實了腐敗是由於厭氧弧菌的存在，同時也認識到了這種特殊的發酵與地球生態循環的深刻關系。1862年，他在給教育部長的壹封信中寫道:“人死後，生命會以另壹種形式，以新的規律重新出現。地球表面生命的永恒法則是，所有構成植物和動物的物質都會被破壞，轉化為氣態揮發物和礦物質。”迄今為止，在發酵研究領域，巴斯德不愧為世界第壹人。
巴氏瞬間滅菌法
當巴斯德在發酵領域壹路高歌，解決了長期爭論的自然發生問題後，法國的葡萄酒貿易陷入低谷。直到今天，法國葡萄酒仍然聞名遐邇，不可替代。然而，在法英簽署自由貿易協定的初期，法國名酒起初受到英國商人的熱烈歡迎，但貿易很快就崩潰了。壹位因銷售法國葡萄酒而幾近破產的英國商人失望地寫道，“……起初，我們熱烈歡迎法國葡萄酒，但很快這壹貿易就因葡萄酒的各種變質問題而遭受巨大損失……”。關鍵時刻，拿破侖三世在副官的建議下，正式委托巴斯德研究葡萄酒的發酵和變質。毫無疑問，他是最佳人選。別忘了巴斯德的家鄉阿爾博伊是葡萄酒的產區之壹，所以巴斯德馬上決定回到家鄉，開始他對葡萄酒釀造和變質的研究。酒的釀造時間短，壹年只有壹次機會。巴斯德帶領三名學生從1863開始連續三個夏天呆在阿爾博伊的實驗室裏，研究分析葡萄酒的釀造工藝、保存方法和變質原因。為了保證葡萄的質量，他甚至買下了100平方米的葡萄園，雇人精心守護。他發現，通常被視為葡萄酒大敵的空氣，確切地說是其中的氧氣，才是讓葡萄酒變得陳葉，即更鮮美、更芬芳的關鍵因素。這是壹個純化學的過程，當然不能有太多的空氣，過度氧化也會使葡萄酒口感變差。但是，傳統經驗建議盡可能避免與空氣接觸，而它真正要避免的是附著在灰塵上的微生物或寄生蟲，這壹點經歷過自然辯論的巴斯德自然非常清楚。
葡萄酒變質是壹個復雜的問題，紅、白葡萄酒各有其共同的變質現象。例如，紅葡萄酒在陳年時容易褪色，最終變苦，而白葡萄酒則容易發生脂肪變質，使葡萄酒變得粘稠、油膩。至於葡萄酒的發酸，是釀造中最容易出現的現象。巴斯德壹步步揭示了這些變質現象背後的原因:酸味通常是發酵過程中醋酸菌的汙染造成的；褪色然後變苦是由壹種類似真菌的分枝寄生蟲引起的；至於油變，是由串珠狀的圓形真菌引起的。1866年，巴斯德出版了《葡萄酒研究》壹書，將這些研究成果匯集在壹起。
如何解決葡萄酒長期保存的問題？巴斯德發明了著名的加熱方法——現在通常稱為巴氏殺菌法——至今仍廣泛應用於許多領域。方法很簡單。在隔絕空氣的條件下，葡萄酒在60 ~ 100℃加熱壹段時間。巴斯德對此做了精確的實驗論證，沒有人敢真正懷疑他的實驗，但著名的葡萄酒制造商抵制加熱法，認為即使加熱可以防止葡萄酒變質，但肯定會破壞其香氣和味道。為此，巴斯德呼籲成立壹個委員會來測試他的加熱方法。委員會如期成立，包括巴黎的許多名人，包括許多著名的葡萄酒制造商。在葡萄酒對比的盲品中，證實了只要按照巴斯德的標準去做，加熱幾乎不會改變葡萄酒的味道(不得不承認極少數人的味蕾非常強大)。在這方面，加熱法的名聲很快就越過了國界，傳到了新大陸。壹位美國記者在紐約的《統計月刊》上寫道，“巴斯德在葡萄種植者中的聲望不亞於總統”。
樂章結尾部
巴斯德對發酵的研究最終將他引向了阿裏洞穴的門口，微生物和人類疾病在這裏發生，引發了現代醫學的壹場激烈革命，顛覆了從希波克拉底那裏傳承了幾千年的西方傳統醫學。如果說巴斯德的前半生是以反駁自發發生論而聞名，那麽他後半生醫生們不斷的、保守的爭論，對於今天生活在陽光下的每壹個人來說，更具有現實意義。但巴斯德無與倫比的觀察分析能力，加上出色的實驗設計，說服了每壹個願意承認事實的人。這壹切在研制狂犬疫苗時達到了頂峰。作為壹種病毒性疾病，巴斯德在當時只有顯微鏡、不可能看到狂犬病毒的情況下，正確判斷出狂犬病壹定是由微生物引起的，並成功研制出疫苗。(作者:三思)